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  隨著全球變暖的加劇，暴露在室外環境中的人們的健康受到越來越多的熱相關疾病的威脅，這些新出現的問題不僅對人類的生活產生負面影響，而且占全球電力支出約15%的高冷卻成本也構成了經濟問題。輻射冷卻是通過大氣透明光譜窗口（ATSW，8-13 μm）向寒冷的外太空（溫度為3 K）發射熱輻射而不消耗能量，是一種很有前途的能源密集型冷卻方法。當人們暴露在室外環境中時，可以減少高熱應力的影響，從而延長工作時間，提高工作效率。特別是輻射制冷可以控制人體的小氣候，而不是整個環境，從而可持續有效地促進個人熱舒適且具有零能量投入、低成本和環境可持續性的優點。

  盡管有一些新興的研究成果已經產生了各種輻射冷卻設計來實現冷卻性能，例如光子結構、氣凝膠結構（如纖維素氣凝膠、木材氣凝膠等）、隨機介質（如油漆、乳液等）和多孔聚合物結構（如醋酸纖維素、熱塑性聚氨酯、聚乳酸等），雖然冷卻效率很高，但是這些冷卻結構需要復雜或昂貴的技術（如光刻）來實現，且不適用于人體可穿戴。因此在實現低溫冷卻性能的同時，開發一種價格低廉、可提供穿戴舒適度的輻射冷卻材料仍然是一個挑戰。

  近日，江南大學魏取福教授、呂鵬飛研究員提出了一種具有單向導濕的非織造布超織物，結合了輻射冷卻和蒸發散熱，以實現高性能的個人熱、濕管理。這種超織物通過大規模靜電紡絲和分層結構設計表現出優異的光譜選擇性（太陽光反射率≈92%，大氣窗口熱發射率≈97%）和Janus潤濕性，并且還具有優異的彈性、透氣/透濕性。可實現低于環境溫度約6.5 °C的降溫性能和快速的吸濕排汗作用（水分蒸發率為0.31 g h^-1，水分傳輸指數為1220%）。此外，可以通過施加各種應變（0-100%）來調節超織物的冷卻性能。超織物的成本效益和良好的可穿戴性為可持續能源、智能紡織品和熱濕舒適應用提供了一種普適策略。以上研究成果近期以“Dynamically Tunable Subambient Daytime Radiative Cooling Metafabric with Janus Wettability”為題，發表在國際權威期刊《Advanced Functional Materials》上。江南大學紡織科學與工程學院的博士研究生樊崇輝為文章第一作者，江南大學魏取福教授、呂鵬飛研究員為論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金和江南大學高層次人才引進計劃等項目支持。

【研究亮點】

  1. 與現有廣泛探索的輻射冷卻材料（例如，聚氨酯薄膜，纖維素氣凝膠）不同，仍然需要對高性能可穿戴材料（特別是吸濕材料）進行更深入的研究。我們的系統研究為如何利用卷對卷靜電紡絲和偶合反應技術開發具有雙梯度Janus結構的分層設計超織物提供了前所未有的見解。

  2. 由于SEBS非織造布具有微纖維網狀的孔隙結構、優越的彈性（~1000%）和機械強度，因此與其他被動輻射冷卻材料(如醋酸纖維素、聚乳酸)相比，SEBS非織造布具有更大的可穿戴潛力，而其應用的發展受到其弱輻射冷卻性能的阻礙。首次利用F127和Al₂O₃納米粒子的協同效應，增強了SEBS的輻射冷卻性能。

  3. 將生物相容性F127聚合物和高折射率 （n≈1.8）Al₂O₃光散射體集成到SEBS織物上時，該層級結構超織物具有很高的光譜選擇性。在晴天（~6.5 ^oC）和陰天（~4.5 ^oC）都能實現優異的亞環境溫度冷卻。F127的加入一方面增強了熱輻射發射率;另一方面，它在定向輸送汗液中起關鍵作用。具有高太陽反射率的Al₂O₃納米顆粒同時提供了一個粗糙的微納米纖維表面，促進汗水蒸發，實現“一石二鳥”的功能。

  4. 超織物的快速水分蒸發（0.31 g/h）和高水分輸送指數（1220%）提供了良好的熱濕舒適性，可以預防劇烈運動后的熱相關疾病。此外，他們發現超織物在不同應變（0% ~ 100%）下具有機械自適應冷卻性能，從而對穿戴過程中產生的復雜變形具有良好的適應性。

圖1. 亞環境日間輻射冷卻超織物結構設計

 圖2. 超織物的制備、偶合機理及物理性能

 圖3. 超織物的Janus潤濕性和吸濕快干性能

 圖4. 超織物的輻射冷卻潛在機制和室外亞環境冷卻性能

 圖5. 機械自適應冷卻性能

圖6. 超織物的熱、蒸發測試及其可穿戴性能

  綜上所述，他們報道了一種分層設計的超織物，分別通過靜電紡絲和偶聯反應對F127和Al₂O₃進行功能化處理，集成了輻射冷卻和單向導濕性能。結合靜電紡非織造布優越的彈性、透氣性、透濕性和可穿戴性，可以解決人體在高溫、出汗條件下的熱濕舒適問題。期望這項研究可以為設計應用于輻射制冷的下一代可持續和高性能冷卻材料做出貢獻，并為滿足成本效益和節能需求鋪平道路。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300794